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Hintergrund
zu der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft allgemein
Stoffaustausch- und Wärmeübertragungssäulen und
insbesondere ein Verfahren sowie eine Vorrichtung, die dazu dienen,
die Dampfverteilung in solchen Säulen zu
verbessern.
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In vielen Stoffaustausch- und Wärmeübertragungsprozessen
ist eine Wechselwirkung zwischen Dampf und Flüssigkeit erforderlich. Gewöhnlich wird der
Dampfstrom in eine Säule
unterhalb eines Bereichs eingeführt,
der Böden
oder eine ungeordnete oder strukturierte Packung enthält, während der
Flüssigkeitsstrom
oberhalb der Böden
oder der Packung in die Säule
hinein zugeführt
wird. Die Dampf- und Flüssigkeitsströme strömen anschließend im
Gegenstrom durch den Bereich hindurch, wobei der Boden oder die
Packung dazu dienen, den nach unten fließenden Flüssigkeitsstrom über eine
größere Fläche hinweg
zu verteilen, um die Wechselwirkung mit dem nach oben strömenden Dampfstrom
zu verbessern.
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Um den Wirkungsgrad der zwischen
dem Dampfstrom und dem Flüssigkeitsstrom
stattfindenden Stoff- oder Wärmeübertragung
zu erhöhen,
ist es wichtig, dass der Dampf über
den horizontalen Querschnitt der Säule hinweg gleichmäßig verteilt
wird, insbesondere an der unteren Dampf-Flüssigkeits-Trennfläche, an der der Dampf in die
Packung eindringt. Wenn der Dampf unterhalb der Packung der Säule zugeführt wird,
kann die Geschwindigkeit des Dampfes verhindern, dass es zu der
gewünschten
horizontalen Verteilung des Dampfes vor seinem Eindringen in die
Packung kommt. Um die Dampfverteilung zu verbessern, sind in manchen
Säulen
in dem Strömungsweg
des Dampfes Deflektoren angeordnet worden, um den Dampf in mehrere
Richtungen umzulenken. Ein Beispiel für einen solchen Deflektor bildet
ein V-förmiges
Ablenkmittel, das an dem Dampfeinlass angeordnet ist, um den Dampfstrom
in zwei Ströme
aufzuteilen, die in entgegengesetzte Richtungen strömen. Dieses
Ablenkmittel weist eine einfache Gestalt auf und funktioniert in
vielen Anlagen, bei denen eine gewisse Fehlverteilung des Dampfstroms
toleriert wird, angemessen.
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Ein weiteres Beispiel eines herkömmlichen Dampfverteilers,
der als "Dampfhorn" bekannt ist, ist in
dem US-Patent 5
106 544 offenbart. Das in diesem Patent beschriebene Dampfhorn weist
ein rohrförmiges
Gehäuse
auf, das an der Unterseite offen ist. Das Dampfhorn enthält mehrere
Leitflügel,
die sich mit zunehmend größerem Abstand
nach oben erstrecken und durch die offene Unterseite in das Gehäuse hineinragen,
um eine Umlenkung des in Umfangsrichtung strömenden Damfstroms nach unten
zu verursachen. Der nach unten abgelenkte Dampf soll dann in einer
gleichförmigen
Weise bis in ein gepacktes Bett steigen, das radial weiter innen
in Bezug auf das Dampfhorn angeordnet ist.
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In der WO 95 04580 A ist ein anderer
Dampfverteiler beschrieben, der Dampfauslasskanäle in der inneren ringförmigen Wand
des Verteilers enthält, um
dem Dampf zu ermöglichen,
von dem Verteiler an voneinander beabstandeten Stellen nach innen
ausgestoßen
zu werden.
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Während
herkömmliche
Dampfverteiler in vielen Anwendungen zufriedenstellend funktionieren können, ist
ein Be darf nach einem verbesserten Dampfverteiler gestiegen, der
eine gleichmäßigere Verteilung
des Dampfes über
dem horizontalen Querschnitt einer Stoff- oder Wärmeübertragungssäule erzielt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Dampfverteiler zu schaffen, der dazu dient, die horizontale
Verteilung eines in eine Stoff- oder Wärmeübertragungssäule eintretenden Dampfs
wirksam zu erhöhen,
so dass in der Säule eine
verbesserte Wechselwirkung zwischen dem Dampf und einer Flüssigkeit
erreicht werden kann.
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Es ist eine weitere Aufgabe dieser
Erfindung, einen Dampfverteiler zu schaffen, der einen einfachen
Aufbau aufweist, so dass er auf einfache Weise in einer Säule eingebaut
werden kann und dennoch eine gleichmäßige horizontale Verteilung
eines in die Säule
eintretenden Dampfs ermöglicht.
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Um diese und andere verwandte Aufgaben zu
lösen,
ist die Erfindung gemäß einem
Aspekt auf eine Stoffwechsel- oder
Wärmeübertragungssäule gerichtet,
zu der gehören:
ein Mantel, der einen offenen Innenraum bildet und eine im Wesentlichen
vertikale Mittelachse aufweist; eine sich durch den Mantel hindurch
erstreckende Dampfeinlassdüse
zum Einleiten eines Dampfstroms in den offenen Innenraum in einer
im Wesentlichen radialen Richtung; ein Verteiler, der in dem Innenraum
des Mantels angeordnet ist und eine im Wesentlichen aufrecht gerichtete
Ablenkfläche,
die von der Dampfeinlassdüse
radial nach innen beabstandet angeordnet ist, sowie obere und untere
Platten aufweist, die sich zwischen der Ablenkfläche und dem Mantel erstrecken,
um die Oberseite und Unterseite des Verteilers zu verschließen, wobei
die Ablenkfläche
derart gestaltet und in Bezug auf die Dampfeinlassdüse positioniert
ist, um den Dampfstrom aufzuteilen und aus der im Wesentlichen radialen
Richtung in zueinander entgegengesetzt gerichtete Stömungswege
entlang dem Innenumfang des Säulenmantels
umzulenken; und Leitflügel
in dem Innenraum des Mantels, die in den Strömungswegen des Dampfstroms
im Abstand zu dem Verteiler angeordnet sind, um wenigstens einen
Teil des Dampfstroms aus den Strömungswegen
längs des
Innenumfangs des Säulenmantels
heraus in Richtung auf die Mittelachse umzulenken, um eine gleichmäßigere Verteilung
des Dampfstroms über
einem horizontalen Querschnitt der Säule hinweg zu bewirken.
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Gemäß einem anderen Aspekt ist
die Erfindung auf ein Verfahren zur Verteilung eines Dampfstroms
innerhalb einer Stoff- oder Wärmeübertragungssäule mit
einem äußeren Mantel
und einer durch den Mantel hindurchführenden Dampfeinlassdüse gerichtet,
wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Anordnen eines Verteilers
innen in Bezug auf den äußeren Mantel
der Säule,
wobei der Verteiler eine im Wesentlichen aufrechte Ablenkfläche, die von
der Dampfeinlassdüse
radial nach innen beabstandet angeordnet ist, sowie obere und untere
Platten aufweist, die sich zwischen der Ablenkfläche und dem Mantel erstrecken,
um die Oberseite und Unterseite des Verteilers im Wesentlichen zu
verschließen; Einleiten
des Dampfstroms durch die Dampfeinlassdüse in den Verteiler und Richten
des Dampfstroms gegen die Ablenkfläche, um den Dampfstrom aufzuteilen
und in entgegengesetzt zueinander verlaufende Strömungswege
längs des
Innenumfangs des Säulenmantels
umzulenken, wenn der Dampfstrom aus dem Vertei ler austritt; und
anschließendes
Bringen des Dampfstroms in Kontakt mit Leitflügeln, die im Abstand zu dem
Verteiler in den zueinander entgegengesetzt gerichteten Strömungswegen
angeordnet sind, um wenigstens einen Teil des Dampfstroms aus den
Strömungswegen
heraus in Richtung der Mittelachse umzulenken, um eine gleichförmigere
Verteilung des Dampfstroms über
einem horizontalen Querschnitt der Säule zu bewirken.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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In den beigefügten Zeichnungen, die Teil
der Beschreibung bilden und in Verbindung mit dieser zu betrachten
sind, werden gleiche Bezugszeichen dazu verwendet, um in unterschiedlichen
Ansichten gleiche Teile zu bezeichnen:
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1 zeigt
einen Ausschnitt einer Seitenansicht einer Säule, die eine Dampfeinlassdüse, einen Dampfverteiler
nach dem Stand der Technik und einen Packungsbereich veranschaulicht,
die durch gestrichelte Linien veranschaulicht sind;
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2 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
der Säule
und des Dampfverteilers, in einer horizontalen Querschnittsansicht
längs der
Linie 2-2 in 1, gesehen
von oben in Richtung der Pfeile, wobei die Strömungsrichtung des Dampfes durch
den Verteiler mittels Pfeilen veranschaulicht ist;
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3 zeigt
eine Seitenansicht der Säule
und des Dampfverteilers, in einer vertikalen Schnittdarstellung
längs der
Linie 3-3 nach 2, betrachtet
in der Richtung der Pfeile;
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4 zeigt
einen Ausschnitt einer Ansicht von oben auf einen Endabschnitt einer
modifizierten Ausführungsform
eines Dampfverteilers nach dem Stand der Technik;
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5 zeigt
eine Ansicht von oben auf eine weitere Ausführungsform eines herkömmlichen Dampfverteilers,
wobei Abschnitte weggebrochen sind, um die offene Unterseite des
Dampfverteilers zu veranschaulichen;
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6 zeigt
einen Ausschnitt einer Ansicht des in 5 veranschaulichten
Dampfverteilers, in einer vertikalen Schnittdarstellung längs der
Linie 6-6 nach 5, in
der Richtung der Pfeile;
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7 zeigt
einen Ausschnitt einer Seitenansicht des in 5 veranschaulichten Dampfverteilers,
in einer vertikalen Schnittdarstellung längs der Linie 7-7 nach 5, in der Richtung der Pfeile,
wobei Abschnitte weggebrochen sind, um die offene Unterseite des
Verteilers zu veranschaulichen;
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8 zeigt
einen Ausschnitt einer Ansicht von oben auf eine noch weitere Ausführungsform
eines herkömmlichen
Dampfverteilers, wobei Abschnitte weggebrochen gezeigt sind, um
Einzelheiten der Konstruktion zu veranschaulichen;
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9 zeigt
einen Ausschnitt einer Seitenansicht des in 8 veranschaulichten Dampfverteilers,
in einer vertikalen Schnittdarstellung längs der Linie 9-9 in
8, in der Richtung der Pfeile,
wobei Abschnitte einer inneren Wand des Verteilers für die Zwecke
der Veranschaulichung weggebrochen gezeigt sind;
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10 zeigt
einen Ausschnitt einer Ansicht von oben auf ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines herkömmlichen
Dampfverteilers, wobei Abschnitte weggebrochen sind, um Einzelheiten
der Konstruktion zu veranschaulichen;
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11 zeigt
einen Ausschnitt einer Seitenansicht des in 10 veranschaulichten Dampfverteilers
in einer Schnittdarstellung längs
der Linie 11-11 in 10,
in der Richtung der Pfeile;
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12 zeigt
einen Ausschnitt einer Ansicht von oben auf ein noch weiteres Ausführungsbeispiel eines
herkömmlichen
Dampfverteilers, wobei Abschnitte weggebrochen gezeigt sind, um
die offene Unterseite des Verteilers zu veranschaulichen;
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13 zeigen
einen Ausschnitt einer Seitenansicht des in 12 veranschaulichten Dampfverteilers
in einer vertikalen Schnittdarstellung längs der Linie 13-13 in 12, in der Richtung der
Pfeile;
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14 zeigt
einen Ausschnitt einer Ansicht des in 12 veranschaulichten
Dampfverteilers, in einer vertikalen Schnittdarstellung längs der
Linie 14-14 in 12, in
der Richtung der Pfeile;
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15 zeigt
einen Ausschnitt einer Seitenansicht einer Säule, die derjenigen nach 1 ähnlich ist, jedoch eine Ausführungsform
eines Dampfverteilers gemäß der vor liegenden
Erfindung veranschaulicht;
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16 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
von oben auf die in 15 veranschaulichte
Säule,
in einer horizontalen Querschnittsdarstellung längs der Linie 16-16 in 15, in der Richtung der
Pfeile, wobei die Richtung des Dampfstroms durch Pfeile angezeigt
ist;
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17 zeigt
einen Ausschnitt einer Seitenansicht der in 15 veranschaulichten Säule, in
einer vertikalen Schnittdarstellung längs der Linie 17-17 in 16, in der Richtung der
Pfeile, wobei die Figur das in Bezug auf den Dampfeinlass positionierte
Ablenkmittel veranschaulicht;
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18 zeigt
einen Ausschnitt einer Seitenansicht der Säule in einer vertikalen Schnittdarstellung
zur Veranschaulichung einer modifizierten Ausführungsform eines Leitflügels; und
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19 zeigt
eine Ansicht von oben auf eine Säule
in einer horizontalen Schnittdarstellung, die eine modifizierte
Ausführungsform
der in 15 veranschaulichten
Erfindung veranschaulicht.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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Es wird nun in größerer Einzelheit auf die Zeichnungen
eingegangen, wobei die in den 1–14 veranschaulichten Ausführungsformen nicht
Teil der vorliegenden Erfindung bilden, jedoch einen zum Verständnis der
vorliegenden Erfindung nützlichen
Stand der Technik repräsentieren.
Es wird anfänglich
auf die 1–3 Bezug genommen, in denen eine
Säule durch
das Bezugszeichen 20 veranschaulicht ist. Die Säule 20 weist
einen steifen äußeren Mantel 22 auf,
der eine zylindrische Gestalt aufweist und einen offenen Innenraum
bildet, durch den Fluidstöme
strömen
können.
Der Säulenmantel 22 kann
auch andere gewünschte
Konfigurationen aufweisen, einschließlich solcher, die einen quadratischen,
rechteckigen oder einen anderen polygonalen Querschnitt haben. Die
Säule 20 kann
eine Stoffaustausch- und/oder Wärmeübertragungssäule bilden, abhängig von
der Art des chemischen Verarbeitungsvorgangs, der innerhalb der
Säule 20 durchgeführt werden
soll.
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Die Säule 20 enthält einen
Bereich 24, in dem Böden
oder eine Packung angeordnet ist, um eine Wechselwirkung zwischen
Flüssigkeits-
und Dampfströmen,
die durch den offenen Innenraum der Säule strömen, zu erleichtern. Die Packung
kann eine ungeordnete oder eine strukturierte Packung sein, und
es können
mehrere Bereiche mit solchen Packungen und/oder Böden vorgesehen
sein. Es ist verständlich,
dass die Säule 20 Aufwärmmittel,
Rücklaufleitungen
und andere Komponenten, die für
die innerhalb der Säule
vorgenommene spezielle chemische Verarbeitung erforderlich oder
erwünscht
sind, enthalten kann.
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Die Säule 20 enthält ferner
ein Dampfhorn oder einen Verteiler 26, das bzw. der derart
konstruiert ist, um eine gleichmäßigere Verteilung
des Dampfes zu erleichtern, wenn dieser nach oben strömt und in
den Packungsbereich 24 eindringt. Es versteht sich, dass
eine Flüssigkeit
mit dem Dampf verbunden sein kann und gewöhnlich auch ist und dass die
Verwendung des Ausdrucks "Dampf" dazu vorgesehen
ist, das Vorhandensein einer Flüssigkeit mit
zu umfassen. Der Dampfverteiler 26 ist in einer Ebene unterhalb
der Böden oder
der Packung in dem Bereich 24 angeordnet und steht in Strömungsverbindung
mit einer radialen Einlassdüse 28,
die sich durch den Säulenmantel 22 hindurch
erstreckt, um das Einbringen eines Dampfs in die Säule 20 in
einer zu dem Säulenmantel
im Wesentlichen senkrechten Richtung zu ermöglichen. Wie am besten aus 2 zu ersehen, enthält der Verteiler 26 eine
innere ringförmige
Wand 30, die radial innen in Bezug auf den Säulenmantel 22 von
diesem beabstandet, im Wesentlichen in der gleichen horizontalen
Ebene wie die Einlassdüse 28 angeordnet
ist. Die ringförmige
Wand 30 und der Säulenmantel 22 bilden
Seiten einer ringförmigen
Kammer 32, die einen Dampfströmungsweg längs des Innenumfangs des Säulenmantels 22 bildet.
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Wie in 3 veranschaulicht,
weist die Kammer 32 eine im Wesentlichen geradlinig begrenzte Gestalt
auf und ist an der oberen Seite durch eine ringförmige obere Platte 34 verschlossen,
die sich in horizontaler Richtung zwischen der inneren ringförmigen Wand 30 und
dem Säulenmantel 22 erstreckt. Eine
ringförmige
untere Platte 36 schließt die untere Seite der Kammer 32 ab
und verläuft
in ähnlicher Weise
zwischen der inneren ringförmigen
Wand 30 und dem Säulenmantel 22.
Die obere und untere Platte 34 und 36 sind auf
eine geeignete Weise, beispielsweise durch Schweißen, an
der inneren ringförmigen
Wand 30 gesichert und können
in einer ähnlichen
Weise an der inneren Fläche
des Säulenmantels 22 befestigt
sein. Die innere ringförmige
Wand 30 und die Platten 34 und 36 können aus
unterschiedlichen geeigneten Materialen aufgebaut sein, die ausreichend
steif sind, um den Drücken
stand zu halten, die durch den durch die Kammer 32 strömenden Dampfstrom
ausgeübt
werden. Das ausgewählte Material
sollte auch mit dem Dampf und der Flüssigkeit, die sich innerhalb
der Säule 20 befinden,
vereinbar und gegen Abtragung oder Beeinträchtigung durch diese resistent
sein.
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Es wird wieder auf 2 Bezug genommen, in der veranschaulicht
ist, dass die innere ringförmige Wand 30 mehrere
sich in Umfangsrichtung erstreckende Segmente 38a, 38b und 38c aufweist,
die in Radialrichtung zueinander versetzt angeordnet sind, um um
den Umfang der ringförmigen
Wand 30 herum Auslasskanäle 40 zu bilden. Jeder
Auslasskanal 40 ermöglicht
einem Teil des Dampfstroms, der in der Kammer 32 strömt, durch
den Auslassport 40 hindurch und in den offenen Bereich
der Säule 20 hinein geleitet
zu werden, der sich radial weiter innen in Bezug auf die ringförmige Wand 30 befindet.
Die Verwendung mehrerer Auslasskanäle 40 ermöglicht dem
Dampfstrom in der Kammer 32, in eine Anzahl kleinerer einzelner
Ströme
aufgeteilt zu werden, die von der Kammer aus an voneinander beabstandeten Stellen
zugeleitet werden. Die Aufteilung des Dampfstroms auf diese Weise
ermöglicht
eine turbulente Durchmischung der Dampfströme in dem offenen Bereich,
was wiederum zu einer gleichmäßigeren
Verteilung des Dampfes über
dem horizontalen Querschnitt der Säule 20 führt, als
dies erreicht werden könnte,
wenn dem Dampf erlaubt wäre,
aus der Dampfeinlassdüse 28 unmittelbar
in den Innenraum der Säule
einzutreten.
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Die inneren ringförmigen Wandsegmente 38a, 38b und 38c sind
im Wesentlichen konzentrisch zu dem Säulenmantel 22, jedoch
ist jedes Segment von dem benachbarten Segment in Radialrichtung derart
versetzt angeordnet, dass die Weite der Kammer 32 in der
Strömungsrichtung
des Dampfstroms zunehmend eingeschränkter wird. Das Wandsegment 38a ist
an der Dampfeinlassdüse 28 angeordnet
und dient dazu, den in die Säule 20 durch
die Düse 28 eintretenden
Dampfstrom in zwei Ströme aufzuteilen,
die in Umfangsrichtung in zueinander entgegengesetzte Richtungen
in der Kammer 32 strömen.
Die Wandsegmente 38b, die benachbart zu dem Wandsegment 38a und
stromabwärts
in Bezug auf diesen angeordnet sind, sind in Radialrichtung weiter
nach außen
in Bezug auf das Wandsegment 38a versetzt angeordnet und überlappen
dessen Enden, um die Seiten der Auslasskanäle 40 zu bilden. In ähnlicher
Weise überlappen
die Wandsegmente 38c die Enden der Wandsegmente 38b und
sind im Abstand zu den Wandsegmenten 38b näher an dem Säulenmantel 22 als
die Wandsegmente 38b angeordnet.
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An dem stromabwärts befindlichen Ende der Wandsegmente 38c sind
die Auslasskanäle 40 durch den
Abstand zwischen den Wandsegmenten 38c und dem Säulenmantel 22 gebildet.
Das stromabwärts angeordnete
Ende der Wandsegmente 38c und die zugehörigen Auslasskanäle 40 sind
im Abstand von ungefähr
180° zu
der Dampfeinlassdüse 28 angeordnet,
obwohl andere Positionen möglich
sind und in einigen Anwendungen bevorzugt sein können. Ein Deflektor oder Ablenkelement 42 ist
an dem Säulenmantel 22 an
deiner Position zwischen den Auslasskanälen 40 an dem stromabwärts angeordneten Ende
der Wandsegmente 38c derart montiert, dass der aus solchen
Kanälen
austretende Dampf radial nach innen umgelenkt wird. Obwohl das Ablenkelement 42 derart
veranschaulicht ist, dass es eine ebene Gestalt aufweist, ist es
selbstverständlich,
dass auch krummlinige Flächen
vorgesehen sein können, falls
dies erwünscht
ist. Darüber
hinaus könnten
sich die stromabwärts
angeordneten Enden der Wandsegmente 38c radial nach innen
erweitern, um die Querschnittsfläche
der zugehörigen
Auslasskanäle 40,
wie sie in 4 veranschaulicht
sind, zu erhöhen.
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Da die Weite der Auslasskanäle 40 dem
radialen Versatz zwischen den Wandsegmenten 38a, 38b und 38c entspricht,
ist es ersichtlich, dass die Menge des durch jeden Kanal 40 hindurchtretenden Dampfes
durch entsprechende Positionierung der Wandsegmente an den gewünschten
radialen Stellen vorbestimmt sein kann. Jeder Kanal 40 hat
vorzugsweise ungefähr
die gleiche Querschnittsfläche, so
dass der in der Kammer 32 strömende Dampfstrom gleichmäßig auf
die Auslasskanäle 40 aufgeteilt
wird und die Geschwindigkeit des einen jeden Auslasskanal 40 verlassenden
Dampfstroms im Wesentlichen gleiche ist. Es ist leicht zu erkennen,
dass eine Aufteilung des Dampfstroms auf diese Weise es ermöglicht,
dass dieser in den offenen Innenraum der Säule 20 auf eine gleichmäßiger verteilte
Weise eindringt. Die Anzahl von Auslasskanälen 40 kann von der
veranschaulichten unterschiedlich gewählt werden, indem die Anzahl
der Segmente der inneren ringförmigen
Wand 30 erhöht
oder erniedrigt wird. Im Allgemeinen führt eine Erhöhung der
Anzahl der Auslasskanäle 40 zu
einer gleichförmigeren
Verteilung des Dampfstroms innerhalb des Säuleninnenraums. Die Menge an
Dampf, der aus jedem Kanal 40 austritt, kann auch durch
Veränderung
des Abstands der Überlappung
zwischen den Wandsegmenten 38a, 38b und 38c bei
jedem Kanal 40 gesteuert werden.
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Die Auslasskanäle 40 lassen die mehreren Dampfströme in Umfangsrichtung
in einer gemeinsamen horizontalen Ebene ausströmen. Falls gewünscht, kann
ein gekrümmter
Deflektor 44 in einem Abschnitt des austretenden Dampfstroms
in der Nähe
eines oder mehrerer Auslasskanäle 40 positioniert
werden, um einen Teil des Stroms in eine unterschiedliche Strömungsrichtung
umzulenken und die Verteilung des Dampfes zu erweitern. In vielen
Anwendungen kann jedoch eine aus reichende Dampfverteilung ohne die
Verwendung der Deflektoren 44 erzielt werden.
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Es ist offensichtlich, dass der Dampfverteiler 26 dazu
dient, den in die Säule 20 eintretenden Dampfstrom
zu verteilen. Gemäß einem
Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung wird der Dampfstrom
in die Säule 20 durch
die Dampfeinlassdüse 28 eingeführt und
tritt in die Dampfverteilungskammer 32 ein. Der Dampfstrom
strömt
in der Kammer 32 entlang des Innenumfangs der Säule 20 und wird
in mehrere kleinere Ströme
aufgeteilt, die durch die Auslasskanäle 40 in den Innenraum
der Säule verteilt
werden. Die verteilten Dampfströme
erreichen dann den offenen Innenraum der Säule 20 und steigen
bis in den Packungsbereich 24 hinein, der oberhalb des
Dampfverteilers 26 angeordnet ist. Der in den Packungsbereich 24 eintretende
Dampf trifft mit einem Flüssigkeitsstrom
zusammen, der an einer Stelle oberhalb des Packungsbereichs 24 der
Säule zugeführt worden
ist, und wirkt mit diesem gemeinsam. Vor allem weil der in den Packungsbereich 24 eindringende
Dampf gleichmäßig über den
horizontalen Querschnitt der Säule 20 verteilt
worden ist, ist die Wechselwirkung zwischen dem Dampf und der Flüssigkeit
in dem Packungsbereich 24, insbesondere in den unteren
Abschnitten der Packung, wesentlich erleichtert.
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Es ist verständlich, dass auch andere Modifikationen
der voranstehend beschriebenen Dampfverteiler vorgenommen werden
können.
Um nur ein Beispiel zu geben, kann die ringförmige untere Platte in den
beschriebenen Ausführungsformen
des Dampfverteilers weggelassen werden. Dies ermöglicht Teilen des Dampfstroms,
aus der Kammer durch die offene Unterseite nach unten auszuströmen, während andere
Teile durch die Auslasskanäle
in der inneren ringförmigen
Wand des Dampfverteilers radial nach innen strömen.
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Weitere Ausführungsformen des Dampfverteilers
nach dem Stand der Technik sind in den 5–14 veranschaulicht, in denen
die gleichen Bezugszeichen mit einem vorangestellten Präfix "1" dazu verwendet werden, um Bauteile
zu bezeichnen, die bereits voranstehend beschrieben sind.
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Es wird zunächst auf die 5 eingegangen, in der eine modifizierte
Ausführungsform
einer Säule mit
dem Bezugszeichen 120 bezeichnet ist. Die Säule 120 unterscheidet
sich von der Säule 20 unter
einem Gesichtspunkt dadurch, dass statt der radialen Einlassdüse 28,
die bei der Säule 20 verwendet
ist, ein tangentialer Dampfeinlass 128 verwendet wird. Da
der Dampfstrom in tangentialer Richtung in Bezug auf den Säulenmantel 122 in
die Kammer 132 eintritt, wird er nicht in zwei Ströme aufgeteilt,
die in zueinander entgegengesetzte Richtungen strömen, wie
dies bei der Säule 20 der
Fall ist. Statt dessen führt
die Kammer 132 den Dampfstrom in lediglich eine einzige
Richtung um den Innenumfang des Säulenmantels 122 herum.
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Die Kammer 132 in der Säule 120 erstreckt sich über im Wesentlichen
360° längs des
Innenumfangs des Säulenmantels 122.
Obwohl das benachbart zu der Dampfeinlassdüse 128 angeordnete
Anfangssegment 138a der inneren ringförmigen Wand, derart veranschaulicht
ist, wie es eine ebene Gestalt aufweist, kann es in einer Abwandlung
auch eine krummlinige Konfiguration aufweisen.
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Die Verteiler 126 unterscheiden
sich von den voranstehend beschriebenen dadurch, dass sie eine wenigstens
teilweise offene Unterseite aufweisen, durch die der gesamte oder
im Wesentlichen gesamte Dampf ausgestoßen wird. Ein gleichförmiger Austritt
des Dampfes durch die offene Unterseite des Verteilers 126 wird
dadurch erzielt, dass in dem Verteiler eine Leitung oder ein Strömungskanal 142 vorgesehen
ist, die bzw. der in der Richtung der Dampfströmung eine abnehmende Querschnittsfläche aufweist.
Weil Teile des Dampfstroms durch die Unterseite des Verteilers 126 ausgegeben
werden, dient die abnehmende Fläche
des Strömungskanals 142 dazu,
den Dampf innerhalb des Strömungskanals
bei dem gewünschten
Druck zu halten. Durch Aufrechterhalten des erforderlichen Drucks
in der Dampfströmung
auf diese Weise bleibt die Menge des längs des ringförmigen Streckenabschnitts
des Verteilers austretenden Dampfes im Wesentlichen gleich und führt zu einer
gleichmäßigen Verteilung
des Dampfstroms über
dem horizontalen Querschnitt der Säule 20.
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Der Strömungskanal 142 kann
im vertikalen Querschnitt quadratisch, rechteckig, polygonal, rund oder
oval gestaltet sein. Wie in den 5–14 veranschaulicht, weist
der ringförmige
Strömungskanal 142 einen
geradlinig begrenzten Querschnitt auf und ist durch die obere Platte 134,
die innere ringförmige Wand 130 und
den Säulenmantel 122 festgelegt.
Obwohl der Strömungskanal 142 mit
einer vollständig offenen
Unterseite veranschaulicht ist, kann er selbstverständlich auch
an der Unterseite teilweise verschlossen sein, falls dies erwünscht ist.
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Der abnehmende vertikale Querschnitt
des Strömungskanals 142 wird
dadurch erreicht, dass die innere ringförmige Wand 130 in
der Richtung der Dampfströmung
immer näher
an den Säulenmantel 122 angeordnet
ist. Bei sämtlichen
in den 5–14 veranschaulichten Ausführungsformen
ist die ringförmige
Wand 130 in Segmente aufgeteilt, wobei die Seg mente konzentrisch
zu dem Säulenmantel 122 verlaufen
und in der Richtung der Dampfströmung zunehmend
näher an
dem Mantel 122 angeordnet sind. Die Querschnittsfläche des
Verteilers 126 nimmt somit in der Richtung der Dampfströmung stufenweise
ab. Die Anzahl der verwendeten Wandsegmente kann, je nach Wunsch,
variieren. Alternativ kann die innere ringförmige Wand 130 in
Form einer kontinuierlichen Kurve verlaufen, so dass die Verengung
des Strömungskanals 142 auf
eine kontinuierliche und nicht eine schrittweise Art erfolgt.
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Wenn die innere ringförmige Wand 130 wie bei
den in den 5–14 veranschaulichten Verteilern in
Form von konzentrischen Segmenten ausgebildet ist, ist eine aufrecht
stehende Ablenkwand 144 an dem stromabwärts liegenden Ende eines jeden
Segments der inneren ringförmigen
Wand angeordnet und mit dem stromaufwärts liegenden Ende des nächsten Segmentes
der inneren ringförmigen
Wand verbunden. Eine weitere Ablenkwand 144a ist ferner an
dem stromabwärts
liegenden Ende des letzten Segmentes der ringförmigen Wand angeordnet und mit
dem Säulenmantel 122 verbunden,
um das Ende des Dampfströmungskanals 142 zu
verschließen.
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Die Ablenkwände 144 bilden nicht
nur den Übergang
zwischen den Segmenten der inneren ringförmigen Wand 130, sondern
dienen auch dazu, die Strömung
dieses Teils des Dampfstroms, der in dem Strömungskanal 142 in
der Nähe
der inneren ringförmigen
Wand 130 strömt,
aufzutrennen und umzulenken. Die Umlenkung des Dampfstroms auf diese
Weise führt
zu einer Erhöhung
der Turbulenz und der resultierenden Durchmischung des gesamten
Dampfstroms, der in dem Strömungskanal 142 strömt. Ein
Teil des abgelenkten Dampfstroms wird ferner durch die Ablenkwände 144 über die
offene Unterseite des Verteilers 126 unmittelbar nach außen geleitet.
Der Dampfstrom wird somit aus dem Verteiler 126 sowohl
durch die Erhöhung
des Strömungswiderstandes,
wenn er durch den sich verengenden Strömungskanal 142 strömt, als
auch durch die Ablenkwände 144 ausgestoßen, die
die Strömung
von Teilen des Dampfstroms unterbrechen.
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Die Ablenkwände 144 können in
Abhängigkeit
von dem speziell gewünschten
Strömungsmuster
auf unterschiedliche Art ausgerichtet sein. Wie in den 5–7 veranschaulicht,
kann jede Ablenkwand 144 derart angeordnet sein, um längs einer
radialen Gerade zu verlaufen. Die radialen Ablenkwände 144 erstrecken
sich somit im Wesentlichen senkrecht zu der inneren ringförmigen Wand
und parallel zu der vertikalen Achse der Säule 120.
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Alternativ können die radialen Ablenkwände 144,
wie in den 8 und 9 veranschaulicht, in Bezug
auf die vertikale Achse der Säule 120 in
der Richtung der Strömung
des Dampfstroms unter einem Winkel geneigt verlaufen. Durch die
auf diese Weise vorgesehene Schrägstellung
der Ablenkwände 144 wird
der Grad der Ablenkung des Dampfstroms nach unten im Vergleich zu
den vertikal ausgerichteten Ablenkwänden 144 erhöht und werden
Teile des Dampfstroms effizienter nach unten und über die
Unterseite des Verteilers 126 nach außen geleitet. Selbstverständlich kann
der Neigungswinkel unterschiedlich von dem veranschaulichten gewählt werden
und wird dennoch innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung bleiben.
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Eine weitere unterschiedliche Ausrichtung der
Ablenkwände 144 ist
in den 10 und 11 veranschaulicht, in denen
die Ablenkwände
vertikal angeordnet sind, jedoch un ter einem Winkel in Bezug auf die
radiale Gerade oder den Radius der Säule 120 verlaufen.
Die winkeligen Ablenkwände 144 schaffen einen
sanfteren Übergang
zwischen den Segmenten der inneren ringförmigen Wand 130 im
Vergleich zu den radialen Ablenkwänden und neigen in geringerem
Maße dazu,
die Strömung
des Dampfstroms aufzutrennen. Im Ergebnis wird der Dampfstrom vorzugsweise
radial nach außen
anstatt nach unten geleitet.
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Eine noch weitere Veränderung
der Orientierung der Ablenkwände 144 ist
in den 12–14 veranschaulicht, wobei
die Ablenkwände 144 sich
unter einem Winkel sowohl in Bezug auf die vertikale Säulenachse
als auch auf die radiale Gerade erstrecken. Die schräggestellten
Ablenkwände 144 dienen
somit dazu, Teile des Dampfstroms vorzugsweise gleichzeitig nach
unten und radial nach außen
zu lenken.
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Die in den 5–14 veranschaulichten Verteiler 126 können auf
eine ähnliche
Weise wie die voranstehend beschriebenen Verteiler betrieben werden,
um eine gleichmäßige Verteilung
eines in die Säule 120 über die
Einlassdüse 128 eintretenden Dampfstroms
zu bewirken. Um es zu ermöglichen, dass
die Volumenstromrate des durch die offene Unterseite des Verteilers 126 austretenden
Dampfes längs
der Längserstreckung
des Verteilers im Wesentlichen gleich bleibt, ist das Maß der Abnahme
der Fläche
des Strömungskanals 142 längs seines
Streckenabschnitts in Abhängigkeit
von den Volumenstromraten des Dampfes, dem Dampfeinlassdruck und
der Temperatur, der relativen Dichte des Dampfes sowie der Länge des
Strömungskanals
gewählt.
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Die Druckdifferenz zwischen dem Dampf, der
in dem Verteiler 126 und in benachbarten Bereichen der
Säule 120 strömt, führt dazu,
dass Teile des Dampfstroms über
die offene Unterseite des Verteilers nach außen strömen. Durch Verminderung der für die Strömung des
Dampfstroms auf seinem Weg längs
des Strömungskanals 142 in
dem Verteiler 126 zur Verfügung stehenden Fläche, wird
längs des Streckenabschnitts
des Verteilers eine mehr kontrollierte oder gesteuerte Druckdifferenz
aufrechterhalten. Dies hat dann einen gleichförmigen Ausstoß des Dampfstroms
längs des
ringförmigen
Streckenabschnitts des Verteilers zur Folge, wodurch der ausgestoßene Dampfstrom
gleichmäßiger über dem
horizontalen Querschnitt der Säule 120 verteilt
wird, bevor er in die darüber
liegende Packung eintritt.
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Die vorliegende Erfindung ist in
den 15–18 veranschaulicht, in denen
Bezugszeichen mit dem vorangestellten Präfix "2" dazu
verwendet werden, um gleiche Bauteile, wie voranstehend beschrieben,
zu bezeichnen. In einer Säule 220 ist
ein Verteiler 226 integriert, der sich lediglich über einen kleinen
Abschnitt des durch den Innenradius gebildeten Kreises oder der
Innenumfangsfläche
eines Mantels 222 der Säule 220 hinweg
erstreckt. Der Verteiler 226 enthält eine Ablenkfläche 230,
die radial weiter innen in Bezug auf die Dampfeinlassdüse 228 angeordnet
ist, so dass der radial gerichtete Dampfstrom, der über die
Düse in
die Säule
eintritt, mit der Ablenkfläche
in Kontakt gebracht wird. Die Ablenkfläche 230 weist eine
derartige Gestalt auf und ist derart angeordnet, um den Dampfstrom
aufzuteilen und ihn auf in entgegengesetzte Richtungen verlaufende
Strömungswege
um den Innenumfang des Säulenmantels 222 herum
zu lenken. Die Ablenkfläche 230 weist bei
einer Betrachtung von oben vorzugsweise eine V-förmige Gestalt auf, um zwei
im Wesentlichen aufrecht stehende Prallflächen 230a und 230b zu
bilden, die voneinander weg weisen und sich längs einer vertikalen Linie
in der Nähe
der Düse 228 schneiden. Der
durch die sich schneidenden Prallflächen 230a und 230b gebildete Öffnungswinkel
kann, je nach Wunsch, variieren. Im Allgemeinen liegt der Öffnungswinkel
in einem Bereich zwischen ungefähr
30° und
180°, und
vorzugsweise zwischen ungefähr
90° und
150°. Alternativ
kann die Ablenkfläche 230 durch mehr
als zwei ebene Prallflächen
oder eine nach außen
konvex gewölbte
Fläche
gebildet sein. Die Ablenkfläche 230 kann
auch in Bezug auf die vertikale Achse unter einem Winkel nach unten
geneigt sein, so dass der Dampfstrom in einem Winkel nach unten abgelenkt
wird, während
er in Umfangsrichtung umgeleitet wird. Der Ablenkwinkel kann den
Erfordernissen gemäß unterschiedlich
variiert werden, beispielsweise zwischen einem Winkel von 0° und ungefähr 30°, und vorzugsweise
bei einem Winkel zwischen ungefähr
0° und 15° liegen.
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Der Verteiler 226 enthält ferner
eine obere Platte 234 und eine untere Platte 236,
die sich zwischen der Ablenkfläche 230 und
dem Mantel 222 erstrecken, um die obere Seite und die untere
Seite des Verteilers vollständig
oder wenigstens im Wesentlichen zu verschließen. Eine der Platten oder
sowohl die obere Platte 234 als auch die untere Platte 236 kann
bzw. können
im Wesentlichen horizontal verlaufen oder von einer radialen Mittellinie
aus nach unten geneigt sein, um in der Richtung des Dampfaustritts aus
dem Verteiler 226 einander gegenüber liegende abfallende Abschnitte
zu bilden. Vorzugsweise sind sowohl die obere als auch die untere
Platte ausgehend von der radialen Mittellinie unter dem gleichen Winkel
nach unten geneigt, wobei der Winkel in einem Bereich zwischen 0° und ungefähr 30° liegen kann
und vorzugsweise ungefähr
10° beträgt. Die Seiten
des Verteilers 226 bleiben offen, um den Austritt des Dampf stroms
auf den entgegengesetzt zueinander verlaufenden Strömungswegen
längs des Innenumfangs
des Säulenmantels 222 zu
ermöglichen.
In gewissen Anwendungen kann/können
die untere Platte 226 und/oder die obere Platte 234 weggelassen
sein. Gewöhnlich
wird jedoch lediglich die untere Platte 226 weggelassen.
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Der Verteiler 226 ist derart
angeordnet, um die Einlassdüse 228 abzudecken,
und derart dimensioniert, um sich über einen Abschnitt der Innenumfangsfläche des
Mantels 222 hinweg zu erstrecken. Die Abmessung des Verteilers 226 in
Umfangsrichtung kann von einer Länge,
die ungefähr
gleich der Weite der Öffnung
der Düse 228 ist,
bis hin zu einer Länge
reichen, die geringfügig
kleiner ist als die Umfangslänge
des Mantels 222. Es ist erwünscht, dass die Umfangsabmessung
des Verteilers 226 weniger als die Hälfte des Mantelumfangs und
vorzugsweise weniger als ein Viertel der Umfangslänge beträgt.
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An von dem Verteiler 226 in
Umfangsrichtung beabstandeten Stellen sind Leitflügel 242 angeordnet,
die ähnlich
dem voranstehend beschriebenen Deflektor 42 gestaltet sein
können.
Die Leitflügel 242 sind
in dem Strömungsweg
des aus dem Verteiler 226 ausgelassen Dampfstroms positioniert
und weisen vorzugsweise in vertikaler Richtung eine derartige Höhe auf,
dass die oberen und unteren Kanten wenigstens eines Flügels in
jedem Strömungsweg
in horizontalen Ebenen oberhalb der oberen bzw. unteren Kante des
Verteilers 226 liegen. Es können auch mehr als ein Leitflügel 242 innerhalb
eines jeden Strömungswegs
positioniert werden. Falls mehrere Leitflügel 242 verwendet
werden, sollten sie in einer Richtung stromabwärs eine zunehmend größere Ausdehnung
aufweisen. Die Gestalt der Leitflügel 242 kann eben falls
wunschgemäß variiert
werden. Bei der veranschaulichten Ausführungsform sind die Leitflügel im Wesentlichen
eben und in Radialrichtung ausgerichtet. Die Leitflügel 242 können auch
gekrümmt
sein oder eine beliebige geeignete Gestalt aufweisen, um den Dampfstrom
in Richtung auf die vertikale Mittelachse der Säule umzulenken. Die Leitflügel 242 müssen nicht
in Radialrichtung ausgerichtet sein, sondern können schräg gestellt oder unter einem
Winkel angeordnet sein, in der Art, wie die voranstehend beschriebenen
Ablenkwände 144.
Darüber
hinaus können
die Leitflügel 242 in
Anlage gegen eine Innenfläche
des Säulenmantels 222 angeordnet sein,
um die Strömung
des Dampfstroms längs
des Innenumfangs des Mantels zwischen den Leitflügeln und der Innenfläche zu sperren.
Alternativ können
die Leitflügel 242 im
Abstand zu der Innenfläche
des Mantels 222 angeordnet sein, wie in 18 veranschaulicht, um einem Teil des
Dampfstroms zu ermöglichen,
durch die Lücke
zwischen dem Leitflügel und
der von diesem beabstandeten Innenfläche des Mantels 222 hindurch
zu strömen.
Selbstverständlich kann
die Weite der Leitflügel 242 in
der Radialrichtung je nach Wunsch unterschiedlich festgelegt werden.
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Die Positionierung der Leitflügel 242 in
Umfangsrichtung kann derart gewählt
werden, wie für bestimmte
Anwendungen gewünscht.
Es ist erwünscht,
dass die Leitflügel 242 in
den zueinander entgegengesetzt gerichteten Strömungswegen im gleichen Abstand
zu dem Verteiler 226 positioniert sind. Es ist herausgefunden
worden, dass eine gleichmäßige Verteilung
des Dampfstroms über
der horizontalen Querschnittsebene der Säule erreicht werden kann, indem
die Leitflügel 242 an
Stellen angeordnet werden; die im Abstand von 180° zueinander,
einander gegenüber
liegen und von dem Verteiler 226 gleich beabstandet sind.
Es sind auch andere geeignete Positionierungen möglich und innerhalb des Schutzumfangs
der Erfindung enthalten.
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Im Betrieb funktioniert der Verteiler 226 auf eine ähnliche
Weise wie der voranstehend beschriebene Verteiler 26 mit
der Ausnahme, dass der Dampfstrom längs des durch den Verteiler 226 unverengten
Innenumfangs des Mantels 222 über eine viel größere Stecke
hinweg frei strömen
kann.
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Es ist verständlich, dass mehr als eine Dampfeinlassdüse 228 in
der Säule
verwendet werden können.
In 19 ist eine solche
Anordnung veranschaulicht, bei der zwei Einlassdüsen 228 und zwei zugehörige Verteiler 226 veranschaulicht
sind. Die Einlassdüsen 228 sind
unmittelbar einander gegenüber
angeordnet, sie können
jedoch auch näher aneinander
platziert werden, falls dies gewünscht
ist. Zwischen den einander gegenüberliegenden
Verteilern 226 sind ein oder mehrere Leitflügel 242 angeordnet,
um die in Umfangsrichtung verlaufenden Dampfströme in Richtung auf die vertikale
Mittelachse der Säule
umzulenken. Bei der veranschaulichten Ausführungsform sind zwei Leitflügel 242 entlang dem
Mantel 222 in beiden Umfangsrichtungen angeordnet und befinden
sich im gleichen Abstand zueinander sowie zu dem benachbarten Verteiler 226.
Dieser Abstand kann, genauso wie die Anzahl der Leitflügel 242,
unterschiedlich festegelegt werden.
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Aus dem Voranstehenden ist zu erkennen, dass
die Erfindung sehr gut dazu eingerichtet ist, um sämtliche
oben angegebene Ziele zu erreichen und Aufgaben zu lösen, wobei
sie zusätzlich
weitere Vorteile bietet, die mit dem Aufbau verbunden sind.
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Da viele Ausführungsformen der Erfindung möglich sind,
ohne den Schutzumfang der beigefügten
Ansprüche
zu verlassen, ist es selbstverständlich,
dass der gesamte hier dargelegte oder in den beigefügten Zeichnungen
veranschaulichte Inhalt im erläuternden
und nicht im beschränkenden
Sinne interpretiert werden muss.